ELEMENTOS ROSCADOSEnviado por solmaryeli

1. Definiciones de la terminología de roscas 2. Normas y estandares 3. Representación, acotación y designación de piezas normalizadas 4. Tipos de rosca 5. Tornillos 6. Mecánica de los tornillos de fuerza o potencia 7. Elevación de la carga 8. Coeficentes de rozamiento en los tornillos de potencia 9. Eficiencia de un mecaniso de tornillo 10. Los esfuerzos en la rosca 11. La presión de contacto 12. Sujetadores roscados 13.

Los elementos roscados se usan extensamente en la fabricación de casi todos los diseños de ingeniería. Los tornillos suministran un método relativamente rápido y fácil para mantener unidas dos partes y para ejercer una fuerza que se pueda utilizar para ajustar partes movibles.

DEFINICIONES DE LA TERMINOLOGIA DE ROSCAS

Rosca: es un filete continuo de sección uniforme y arrollada como una elipse sobre la superficie exterior e interior de un cilindro.Rosca externa: es una rosca en la superficie externa de un cilindro.Rosca Interna: es una rosca tallada en el interior de una pieza, tal como en una tuerca.Diámetro Interior: es el mayor diámetro de una rosca interna o externa.Diámetro del núcleo: es el menor diámetro de una rosca interna o externa.Diámetro en los flancos (o medio): es el diámetro de un cilindro imaginario que pasa por los filetes en el punto en el cual el ancho de estos es igual al espacio entre los mismos.

Paso: es la distancia entre las crestas de dos filetes sucesivos. Es la distancia desde un punto sobre un filete hasta el punto correspondiente sobre el filete adyacente, medida paralelamente al eje.Avance: es la distancia que avanzaría el tornillo relativo a la tuerca en una rotación. Para un tornillo de rosca sencilla el avance es igual al paso, para uno de rosca doble, el avance es el doble del paso, y así sucesivamente.

El ángulo de la hélice o rosca (α): Esta relacionado en el avance y el radio medio (rm) por la ecuación:

En algunos casos se utilizará el angulo θn que mide la pendiente del perfil de la rosca en la sección normal, esta relacionado en el angulo θ en la sección axial y el angulo de la hélice como sigue:

Nota: Cuando aparece cosθn en las ecuaciones, se reemplazan con frecuencia por cosθ. Esto da una ecuaciσn aproximada pero, para los valores normalmente pequeños de α, no introduce error apreciable.

NORMAS Y ESTANDARESORGANISMOS DE NORMALIZACION

En la tabla que se presenta a continuación, se indican los organismos de normalización de varias naciones.

PAIS ABREVIATURA DE LA NORMA ORGANISMO NORMALIZADOR

Internacional ISO Organización Internacional de Normalización.

España UNE Instituto de Racionalización y Normalización.

Alemania DIN Comité de Normas Alemán.

Rusia GOST Organismo Nacional de Normalización Soviético.

Francia NF Asociación Francesa de Normas.

Inglaterra BSI Instituto de normalización Ingles.

Italia UNI Ente Nacional Italiano de Unificación.

América USASI Instituto de Normalización para los Estados deAmérica.

REPRESENTACIÓN, ACOTACIÓN Y DESIGNACION DE PIEZAS NORMALIZADASEn la inmensa diversidad de mecanismos y maquinas en general, una gran cantidad de piezas accesorias que los componen, tienen unas formas y dimensiones ya predeterminadas en una serie de normas, es decir, son piezas normalizadas.En general, la utilización de piezas normalizadas facilita en gran medida la labor de delineación, ya que al utilizar este tipo de piezas, evitamos tener que realizar sus correspondientes dibujos de taller. Estas normas especificaran: forma, dimensiones, tolerancias, materiales, y demás características técnicas.DESIGNACIÓN DE LOS TORNILLOSBásicamente, la designación de un tornillo incluye los siguientes datos: tipo de tornillo según la forma de su cabeza, designación de la rosca, longitud y norma que lo define. A estos datos, se pueden añadir otros, referentes a la resistencia del material, precisión, etc. Ejemplo: Tornillo hexagonal M20 x 2 x 60 x To DIN 960.mg 8.8Y al analizar cada elemento vemos que.a. Denominación o nombre: Tornillo Hexagonalb. Designación de la Rosca: M20 x 2c. Longitud del vástago: 60d. To: Cabezas in saliente en forma de platoe. Norma que especifica la forma y característica del tornillo: DIN 960f. m.g: Ejecución y precisión de medidasg. 8.8: clase de resistencia o características mecánicas.

La longitud que interviene en la designación es la siguiente:1. En general, la longitud indicada se corresponde con la longitud total del vástago.2. Para tornillos con extremo con tetón, la longitud indicada incluye la longitud del tetón.3. Para tornillos de cabeza avellanada, la longitud indicada es la longitud total del tornillo.

 

DESIGNACION DE LAS ROSCAS

.La designación o nomenclatura de la rosca es la identificación de los principales elementos que intervienen en la fabricación de una rosca determinada, se hace por medio de su letra representativa e indicando la dimensión del diámetro exterior y el paso. Este último se indica directamente en milímetros para la rosca métrica, mientras que en la rosca unificada y Witworth se indica  a través de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada.Por ejemplo, la rosca M 3,5 x 0,6 indica una rosca métrica normal de 3,5 mm de diámetro exterior con un paso de 0,6 mm. La  rosca W 3/4 ’’- 10 equivale a una rosca Witworth normal de 3/4 pulg de diámetro exterior y 10 hilos por pulgada.La designación de la rosca unificada se haced e manera diferente: Por ejemplo una nomenclatura normal en un plano de taller podría ser:

1/4 – 28 UNF – 3B – LHY al examinar cada elemento se tiene que:1/4 de pulgada es el diámetro mayor nominal de la rosca.28 es el numero de rosca por pulgada.UNF es la serie de roscas, en este caso unificada fina.3B: el 3 indica el ajuste (relación entre una rosca interna y una externa cuando se arman); B indica una tuerca interna. Una A indica una tuerca externa.LH indica que la rosca es izquierda. (Cuando no aparece indicación alguna se supone que la rosca es derecha)La tabla siguiente entrega información para reconocer el tipo de rosca a través de su letra característica, se listan la mayoría de las roscas utilizadas en ingeniería mecánica

Símbolos de roscado más comunes Denominación usual Otras

American Petroleum Institute API

British Association BA

International Standards Organisation ISO

Rosca para bicicletas C

Rosca Edison E

Rosca de filetes redondos Rd

Rosca de filetes trapesoidales Tr

Rosca para tubos blindados PG Pr

Rosca Whitworth de paso normal BSW W

Rosca Whitworth de paso fino BSF

Rosca Whitworth cilíndrica para tubos BSPT KR

Rosca Whitworth BSP R

Rosca Métrica paso normal M SI

Rosca Métrica paso fino M SIF

Rosca Americana Unificada p. normal UNC NC, USS

Rosca Americana Unificada p. fino UNF NF, SAE

Rosca Americana Unificada p.exrafino UNEF NEF

Rosca Americana Cilíndrica para tubos NPS

Rosca Americana Cónica para tubos NPT ASTP

Rosca Americana paso especial UNS NS

Rosca Americana Cilíndrica "dryseal" para tubos NPSF

Rosca Americana Cónica "dryseal" para tubos NPTF

Con respecto al sentido de giro, en la designación se indica  "izq" si es una rosca de sentido izquierdo, no se indica nada si es de sentido derecho. De forma similar, si tiene más de una entrada se indica "2 ent" o "3 ent".

Si no se indica nada al respecto, se subentiende que se trata de una rosca de una entrada y de sentido de avance derecho.

En roscas de fabricación norteamericana, se agregan más símbolos para informar el grado de ajuste y tratamientos especiales Es posible crear una rosca con dimensiones no estándares, pero siempre es recomendable usar roscas normalizadas para adquirirlas en ferreterías y facilitar la ubicación de los repuestos. La fabricación y el mecanizado de piezas especiales aumenta el costo de cualquier diseño, por lo tanto se recomienda el uso de las piezas que están en plaza.

Tipos de RoscaRosca en V AgudaSe aplica en donde es importante la sujeción por fricción o el ajuste, como en instrumentos de precisión, aunque su utilización actualmente es rara. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca RedondeadaSe utiliza en tapones para botellas y bombillos, donde no se requiere mucha fuerza, es bastante adecuada cuando las roscas han de ser moldeadas o laminadas en chapa metálica. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca Nacional Americana UnificadaEsta la forma es la base del estándar de las roscas en Estados Unidos, Canadá y Gran Bretaña. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca CuadradaEsta rosca puede transmitir todas las fuerzas en dirección casi paralela al eje, a veces se modifica la forma de filete cuadrado dándole una conicidad o inclinación de 5° a los lados. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca AcmeHa reemplazado generalmente a la rosca de filete truncado. Es más resistente, más fácil de tallar y permite el empleo de una tuerca partida o de desembrague que no puede ser utilizada con una rosca de filete cuadrado.Las roscas Acme se emplean donde se necesita aplicar mucha fuerza. Se usan para transmitir movimiento en todo tipo de máquinas herramientas, gatos, prensas grandes "C", tornillos de banco y sujetadores. Las roscas Acme tienen un ángulo de rosca de 29° y una cara plana grande en la cresta y en la Raíz. Las roscas Acme se diseñaron para sustituir la rosca cuadrada, que es difícil de fabricar y quebradiza.Hay tres clases de rosca Acme, 2G, 3G y 4G, y cada una tiene holguras en todas dimensiones para permitir movimiento libre. Las roscas clase 2G se usan en la mayor parte de los conjuntos. Las clases 3G y 4G se usan cuando se permite menos juego u holgura, como por ejemplo en el husillo de un torno o de la mesa de una maquina fresadora. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca WhitworthUtilizada en Gran Bretaña para uso general siendo su equivalente la rosca Nacional Americana. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca Sin FinSe utiliza sobre ejes para transmitir fuerza a los engranajes sinfín. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Rosca TrapezoidalEste tipo de rosca se utiliza para dirigir la fuerza en una dirección. Se emplea en gatos y cerrojos de cañones. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar"   

TORNILLOSDefinición:Pieza cilíndrica de metal cuya superficie tiene un resalte en espiral de separación constante; este se emplea como elemento de unión, suele enroscarse en una tuerca y el mismo puede terminar en punta, planos o cualquier otra forma estandarizada.

Tipos de Tornillos: Tornillo De Unión: Se utiliza para la unión de dos piezas y se hace a través de un agujero pasante (sin rosca)

de una de ellas y roscando en la otra, como la tuerca. Tornillo Pasante: Es un tornillo que atraviesa las piezas a unir sin roscar en ninguna de ellas. Se usan para

piezas de fundición o aleaciones ligeras Espárragos. Es una varilla roscada en los dos extremos sin variación de diámetro. Un extremo va roscando en

la pieza mientras que el otro tiene rosca exterior, no tiene cabeza y la sujeción se logra por medio de una tuerca.

Tornillo Autoroscante: Estos se usan para uniones que deban saltarse raramente, se recomienda para metales blandos o aceros de menos 50 Kg. de resistencia, en carrocerías, en mecánica fina y electrónica.

Tornillo Prisionero: Es una varilla roscada por uno o dos extremos, su colocación se realiza entre la tuerca y el tornillo, taladrado previamente.

MECANICA DE LOS TORNILLOS DE FUERZA O POTENCIALos tornillos de Potencia son un dispositivo para cambiar movimiento lineal y usualmente para transmitir potencia. En forma mas específica las tornillos de potencia se usan:1. Para obtener una ventaja mecánica mayor con objeto de levantar pesos, como es el caso de los gatos

tipo tornillos de lo automóviles.2. Para ejercer fuerzas de gran magnitud, como en los compactadores caseros o en una prensa.3. Para obtener un posicionamiento preciso de un movimiento axial, como en el tornillo de un micrómetro o

en el tornillo de avance de un torno.

En cada una de estas aplicaciones se utiliza un par de torsión en los extremos de los tornillos por medio de conjuntos de engranajes, creando de esta forma una carga sobre el dispositivo.En los tornillos de potencia se usa el perfil de rosca Acme. El ángulo de la rosca es de 29° y sus dimensiones se pueden determinar fácilmente después que se conoce el paso:

Con el diámetro de la cresta, el número de roscas por pulgada, y las áreas de esfuerzo de tensión y compresión (Tabuladas) para las roscas de los tornillos de potencia Acme. Calculamos el área del es fuerzo de tensión, mediante la siguiente formula:

En el caso de los tornillos de fuerza o potencia, la rosca Acme no es tan eficiente como la rosca cuadrada debido al rozamiento extra ocasionado por la acción de cuña; pero suele preferírsela porque es mas fácil de de formar a máquina y permite el empleo de una tuerca partida, que puede ajustarse para compensar el desgaste.

ELEVACION DE LA CARGAEl momento (T) requerido para avanzar el tornillo (o la tuerca) contra una carga (W) viene dado por:

Donde:T = momento aplicado para girar el tornillo o la tuerca, cualquiera que sea el que este girando.W = carga paralela al eje del tornillo.rm = radio medio del a rosca.rc = radio efectivo del a superficie de rozamiento contra la cual sea poya la carga, llamado también radio del collar.f = coeficiente de rozamiento entre las roscas del tornillo y la tuerca.fc = coeficiente de rozamiento en el collar.α = αngulo del a hιlice en la rosca en el radio medio.θn = ángulo entre la tangente al perfil del diente (sobre el lado cargado) y una línea radial, medido en un plano norma la la hélice del a rosca en un radio medio.El momento requerido para avanzar el tornillo (o la tuerca) en el sentido de la carga (o descendiendo la carga) es

Este momento puede ser positivo o negativo. Si es positivo, debe efectuarse trabajo para avanzar el tornillo. Si es negativo, el significado es que, en equilibrio, el momento debe retardar la rotación, esto es, la carga axial aisladamente producirá rotación (situación de taladro de empuje). Se dice en este caso que el tornillo debe sobrecargarse o sufrirá arrastre.

COEFICENTES DE ROZAMIENTO EN LOS TORNILLOS DE POTENCIASi las superficies de los hilos de rosca son lisas y estan bien lubricadas, el coeficiente de rozamiento puede ser tan bajo como f=0.10, pero con materiales d emano de obra de calidad promedio, Ham y Ryan (*) recomienda f=0.125. Si la ejecución es de calidad dudosas e puede tomar f=0.15. Para el aumento en el arranques e aumentan estos valore sen 30-35%.(*) Ham y Ryan en base a sus experimentos dedujeron que el coeficiente de rozamiento es independiente de la carga axial; que esta sometido a cambios despreciables debido a la velocidad para la mayoría de los intervalos de ésta que se emplean en la práctica; que disminuye algo con lubricantes espesos; que la variación es pequeña para los diferentes combinaciones de materiales comerciales , siendo menor la correspondiente al aceros obre bronce, y que las ecuaciones teóricas dan una buena predicción sobre las ecuaciones reales.

EFICIENCIA DE UN MECANISO DE TORNILLOEs la relación entre el trabajo de salida y el trabajo de entrada.

LOS ESFUERZOS EN LA ROSCASe calculan considerando que la rosca es una viga corta en voladizo proyectada desde el núcleo. La carga sobre la viga se toma como la carga axial sobre el tornillo W, concentrada en el radio medio, esto es la mitad

de la altura h del a rosca. El ancho de la viga es la longitud de la rosca (medida en el radio medio) sometida a la carga. Con estas hipótesis el esfuerzo de flexión en la base de la rosca es muy aproximadamente,

y el esfuerzo cortante transversal medio es

donde n es el numero de vueltas de la rosca sometidas a la carga y b es el ancho del a sección del a rosca en el núcleo.

LA PRESION DE CONTACTOEntre las superficies del tornillo puede ser un factor crítico en el diseño, especialmente para tornillos de potencia. Esta dada aproximadamente por:

Este calculo es bajo porque:1. Las holguras entre la raiz y las roscas interna y externa significan que la cargan o es soportadas obre la

profundidad total de h.2. La carga no esta distribuida uniformemente sobre la longitud del a rosca.

LOS ESFUERZOS EN EL NÚCLEO DEL TORNILLOPueden calcularse considerando que las cargas y los momentos son soportados por el cilindro desnudo (despreciando el aumento de resistencia por presencia de la rosca). El esfuerzo cortante torsional es:

donde ri es el radio de fondo del tornillo. T es el momento apropiado, esto es, el momento de torsión al cual esta sometida la sección considerada. Este puede ser el momento total aplicado, el momento por fricción en el collar únicamente, o el momento del tornillo solamente (total menos momento por fricción en el collar). Cada caso debe examinarse con cuidado para ver cual se aplica.El esfuerzo directo, puede ser de tracción o compresión, es:

Una modificación de la fórmula anterior se utiliza frecuentemente en los cálculos de los sujetadores roscados para tener en cuenta, aproximadamente el esfuerzo del aumento de resistencia producido por la rosca. Básicamente la modificación consiste en suponer que el cilindro tiene un radio mayor que el real. Entonces:

Tanto lasa reas de esfuerzo como las áreas de la base, se encuentran tabuladas en muchos textos y manuales.

SUJETADORES ROSCADOSUn sujetador es un dispositivo que sirve para sujetar o unir dos o más miembros.La denominación que se da a los sujetadores roscados depende de la función para la que fueron hechos y no de cómo se emplean realmente en casos específicos. Si se recuerda este hecho básico, no será difícil distinguir entre un tornillo y un perno.Si un elemento esta diseñado de tal modo que su función primaria sea quedar instalado dentro de un agujero roscado, recibe el nombre de tornillo. Por tanto, un tornillo se aprieta aplicando un par torsor en su cabeza.

Si un elemento esta diseñado para ser instalado con una tuerca, se denomina perno. Así, los pernos se aprietan aplicando una par torsor a la tuerca.

Un esparrago (o perno con doble rosca, birlo) e suna varilla con rosca en sus dos extremos; uno entra en un agujero roscado ye l otro recibe una tuerca. 

Los sujetadores roscado incluyen pernos pasantes, tornillos de cabeza, tornillos de máquina, tornillos prisioneros y una variedad de implementos especiales que utilizan el principio del tornillo.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos12/rosytor/rosytor.shtml#ixzz2hcALEUqd

CÁLCULO DE LA LONGITUD ROSCADA.CÁLCULO DE LA LONGITUD ROSCADA.

Aunque este tema está más expuesto el la red que el cálculo del par deapriete de los tornillos y tuercas, no suele tomarse en cuenta durante los cálculos del par de ajuste, ya que se “asume” que la longitud roscada de enganche es la correcta y la misma no va a fallar bajo los esfuerzos de apriete y de trabajo. Este punto es cierto siempre que se está trabajando con elementos que cumplan con la norma en cuanto a los criterios de diseño de las roscas y del material de las mismas,  aquí me refiero tanto a la rosca macho como a las roscas hembras o tuercas.

Es buena práctica de diseño que la rosca hembra sea la más resistente estructuralmente y se espera que el tornillo sea el que falle a nivel de las roscas que no están bajo carga, que el núcleo del tornillo rompa por los esfuerzos y en el peor de los casos que la rosca del tornillo se “barra” y no la rosca hembra o tuerca. Eventualmente nos topamos con algún caso que es la “excepción de la norma” en donde el material de fabricación de la tuerca es mecánicamente inferior a la resistencia del tornillo. Es en estos casos donde hay que poner especial atención si no queremos tener aflojamientos y roturas espontáneas de la unión roscada.

Entendemos como longitud roscada de enganche a la longitud de contacto entre la rosca del tornillo (rosca macho) y la rosca de la tuerca o la rosca hembra. De la misma manera que para el cálculo del momento de apriete de un tornillo, en la longitud de enganche de una unión roscada influye el material de fabricación, las tolerancias de fabricación y el perfil de las roscas o la norma a la cual pertenecen.

En esta entrada nos limitaremos a las roscas (tornillería) métricas ISO basadas en la DIN 13 y las fórmulas expuestas acá son válidas sólo para este tipo de flanco a 60º.

La longitud roscada de enganche se determina básicamente por las tensiones al corte que sufre la rosca al ser sometida a las fuerzas de apriete y trabajo. Evidentemente, que los cálculos expuestos no toman en cuenta las deformaciones que sufre la rosca y que las fuerzas que actúan sobre el tornillo son coaxiales al eje de la unión y uniformemente repartidas sobre los flancos.

La figura siguiente permite aclarar la simbología y los parámetros utilizados para el cálculo de la longitud de rosca.

FIGURA 1

De la figura:

d = Diámetro externo de la rosca macho o tornillo.

d2 = Diámetro primitivo de la rosca macho.

d3 = Diámetro interno de la rosca macho.

D = Diámetro (externo) de la rosca hembra o tuerca.

D2 = Diámetro primitivo de la rosca hembra.

D1 = Diámetro interno de la rosca hembra.

P = Paso.

60º = Ángulo del filete de la rosca.

H = Altura del triángulo base de la rosca.

Las roscas quedan definidas por el diámetro nominal “d”, el cual no toma encuentra las tolerancias de fabricación. Por ejemplo, una rosca M42x2 posee un diámetro nominal de 42 mm y paso de 2 mm por tratarse de una rosca métrica “M”, dependiendo de la tolerancia este diámetro (al igual que todos lo demás) tendrá una medida final diferente a 42. Si la tolerancia es 6g, el diámetro estaría comprendido entre 41,96 mm y 41,68 mm. De la figura se pueden deducir las relaciones existentes entre los diámetros, altura y el paso de la rosca, relaciones mostradas en las tablas normalizadas de las roscas.

Desde el punto de fabricación los diámetros deben quedar comprendidos dentro de las tolerancias de la rosca, que el caso más usual en tornillería es la calidad media,  es decir 6g para la rosca macho y 6H para la rosca hembra. Al igual que el sistema de tolerancias dimensionales, la letra define la posición de la zona de tolerancia con respecto a la línea de referencia y el número el Intervalo de Tolerancia (IT) que define la amplitud de la misma. En el sistema métrico, las tablas de roscas que están bien definidas dan los valores máximos y mínimos de todos los diámetros que poseen las roscas en función a la tolerancia; un buen ejemplo de este tipo de tablas está expuesto en la norma DIN 13.

La figura 2 nos muestra el ensamble tornillo/tuerca, en el dibujo sólo se dejaron los datos de interés para deducir la fórmula que permitirá calcular la longitud roscada de enganche.

FIGURA 2

El plano crítico de corte de la rosca hembra queda definido por el diámetro externo mínimo (según tolerancias) de la rosca macho, este plano define el ancho “T” de la sección de corte del filete que estará sometida al corte debido a las fuerzas resultante del apriete de las roscas más las fuerzas de trabajo. “J” es el juego entre roscas producto de las tolerancias de fabricación de la rosca macho y de la rosca hembra.

De acuerdo a la figura, la sección de corte de la rosca hembra queda definida como:

Donde:

Ac = Área sección de corte.

dmin = Diámetro mínimo de la rosca externa macho.

T = Ancho de la sección de corte en la rosca hembra.

n = Número de espiras.

Si el número de espiras “n” se toma como  1, el área de corte calculada sería la sección unitaria, es decir por espira. De la figura anterior es fácil entender porqué se toma el diámetro menor de la rosca macho, ya que el ancho de la sección de corte se hace menor.

Por otro lado se tiene que:

Donde:

n = Número de espiras.

L = Longitud de rosca.

P = Paso de la rosca.

De la figura 2 también se puede deducir que:

Para encontrar la relación existente entre el juego “J” entre flancos de las roscas y las dimensiones del perfil triangular base nos apoyaremos en la figura 3.

FIGURA 3

Haciendo coincidir los flancos de las roscas macho y hembra se puede llegar a la siguiente expresión:

Desde el punto de vista del juego “J” se toma el diámetro primitivo máximo de la rosca hembra (D2max), ya que el juego es mayor cuando el diámetro primitivo de la rosca hembra toma su máximo valor.

La siguiente relación se deduce de la figura 1:

Combinando [3], [4] y [5] se tiene la ecuación matemática que nos permite hallar el ancho de la sección sometida a corte “T” en función del paso “P” de la rosca, del diámetro mínimo de la rosca macho y del diámetro primitivo máximo de la rosca hembra.

Finalmente, sustituyendo [6] y [2] en la fórmula [1] tenemos el área de corte de la rosca hembra, cuya expresión final es:

Esta última fórmula es idéntica a la empleada en la norma ANSI para calcular la sección de corte de la rosca hembra. No es una simple casualidad que la norma VDI y la ANSI coincidan en la ecuación ya que el perfil de las roscas Imperiales Americanas “UN” es triangular con 60º de ángulo entre flancos, es decir ambos perfiles cumplen con las mismas reglas en cuanto al triángulo base del perfil. Evidentemente, en las roscas “UN” se emplean las pulgadas y por el paso de la rosca el número de hilos sobre pulgadas.

Con la fórmula [7], la resistencia al corte del material de fabricación de la rosca hembra y la fuerza aplicada sobre la misma, se puede calcular la longitud roscada de enganche “L”.

Si hacemos “L=1” en la ecuación [7], se obtiene el área de corte unitario “Ac1” de la rosca hembra.

En principio la rosca hembra debe ser más resistente que la rosca macho o que el tornillo como tal. Como punto de partida se asume que la capacidad de carga al corte de la rosca hembra debe ser mayor o igual a la capacidad de carga a la tracción de la rosca macho.

Donde:

F = Fuerza axial sobre el tornillo.

At = Área de tracción de la rosca macho.

Rm = Resistencia a la tracción del material de fabricación del tornillo o rosca macho.

La misma fuerza “F” se aplica sobre la rosca, de manera que tenemos:

Donde:

F = Fuerza axial sobre el tornillo.

Ac1 = Área de corte unitaria de la rosca hembra. Ecuación [7.1].

 = Resistencia al corte del material de fabricación de la rosca hembra.

De acuerdo a la bibliografía sobre resistencia de materiales la relación que hay entre la resistencia a la tracción (Rm) y la resistencia al corte () en los aceros es:

  Rm x (0,5 a 0,65)

Que en nuestro caso tomamos la peor condición,  = 0,5 x Rm.

Igualando [8] y [9] y despejando “L” tenemos la relación que nos permite determinar la longitud roscada de enganche que cumple con la condición enunciada.

Esta ecuación es válida para tornillos y tuercas del mismo material, es decir con la misma resistencia a la tracción. Por ejemplo, tornillo y tuerca fabricados con acero SAE 1045.

Cuando los materiales son diferentes en cuanto a la resistencia a la tracción la fórmula [10] toma la expresión:

Donde:

L = Longitud roscada de enganche.

At = Sección de tensión a la tracción del tornillo.

Ac1 = Área de corte unitaria [7.1] de la rosca hembra.

Rmm = Resistencia a la tracción del acero de la rosca macho.

Rmh = Resistencia a la tracción del acero de la rosca hembra.

La sección de tensión a la tracción del tornillo está en las tablas de roscas y se estima por:

Donde:

At = Sección de tensión a la tracción del tornillo.

d = diámetro nominal de la rosca macho.

P = Paso de la rosca.

Debo aclarar que las fórmulas [10] y [11] son para roscas de acero. Para otros materiales, el factor “2” cambia según sea el caso.

La tabla siguiente da unos valores de referencia entre la tensión de corte y la tensión de tracción de algunos materiales según la VDI 2230.

Material

Relación corte/tensión

/Rm

Aceros 0,60 a 0,65

Acero Austenítico

0,80

A. Austenítico F60/90

0,65 a 0,75

Fundiciones GJL

1,1

Fundición GJS 0,9

Aluminio aleado

0,7

Aleaciones de titanio

0,6

Las fórmulas [10] y [11] expresan la longitud roscada de enganche para la condición en que la rosca hembra soporta la misma carga que el núcleo del tornillo. Como norma debe aplicarse un factor de seguridad (que establece el usuario) a la longitud calculada para ir seguros sobre la resistencia de la rosca hembra.

Podemos hacer el mismo análisis anterior para la rosca macho, en cuyo caso la sección sometida a corte del filete de la rosca se determina por:

Donde:

Act = Área o sección de corte del filete de la rosca macho.

P = Paso.

Dmax = Diámetro interno máximo de la rosca hembra.

d2max = Diámetro primitivo máximo de la rosca macho.

L = Longitud roscada de enganche.

Hay que recordar que las fórmulas requieren unidades coherentes para que los resultados sean coherentes.

El siguiente ejemplo nos permite verificar el uso de la fórmula para determinar la longitud roscada de enganche.

Un tornillo M36x4 – 10.9  sometido a una carga de 63.000 Kg está roscado a una pieza de acero SAE 1022. Determinar la longitud roscada de enganche adecuada. Tolerancia de fabricación de las roscas 6g/6H.

Tornillo M36x4 - 6g - 10.9:

Paso = 4 mm.

dmin = 35,47 según norma DIN 13.

Rmm = 104 Kg/mm2. (10.9)

At = 816,7 mm2 según [12]

Rosca hembra:

Paso = 4 mm.

D2max = 33,7 mm (DIN 13).

Rmh = 43 Kg/mm2. (SAE 1022).

Ac1 = 84,19 mm2 Según [7.1]

De acuerdo a la fórmula [7] podemos determinar la longitud de enganche “L” necesaria para que la rosca hembra soporte la carga. Partiendo de la tensión de corte del filete de la rosca:

Despejando “L” de [7], tenemos:

L = 34,8 mm

Esta es la longitud roscada de enganche mínima necesaria para que la rosca hembra soporte la carga de rotura, sin embargo bajo esta condición el tornillo es capaz de soportar una carga de

rotura de 85 toneladas como lo indica la formula siguiente, lo que implica que fallaría primero la rosca hembra si la unión fuese sometida a esta carga.

Como la condición requerida es que la rosca hembra sea la más resistente (es más fácil reponer la rosca macho que la rosca hembra) y tratándose de aceros diferentes para la rosca macho y la rosca hembra aplicamos la fórmula [11].

Este resultado de 45 mm es la longitud roscada mínima de enganche requerida para que se cumpla la condición de que la rosca hembra soporte la misma carga de rotura que el tornillo, no obstante al resultado hay que aplicarle un factor de seguridad, por ejemplo de 1,5.

L = 1,5x45 = 67,5 mm

Esta es la longitud roscada de enganche requerida. L = 67,5 mm

Si la pieza a sujetar posee un espesor de 90 mm, nuestro tornillo de fijación debería de tener una longitud de 157,5 mm (90+67,5). La longitud normalizada de los tornillos más cercana a la estimada es de 160 mm con lo cual emplearíamos un tornillo M36x4x160 -10.9 con acabado de fabricación medio 6g.

Espero que con esta corta explicación haya cubierto algunas inquietudes con respecto a la resistencia mecánica de las roscas.

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PRODUCCIÓN

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PRIMER

Denominado también tornillo prisionero, es una varilla roscada por sus dos extremos, uno de los

cuales, llamado raíz, va atornillado a un agujero roscado, mientras que en el otro lleva una

tuerca de apriete. Los prisioneros suelen emplearse para el posici-namiento y fijación de piezas

desmontables y elementos fijos.

Las diferencias fundamentales entre un prisionero y un tornillo tradicional residen en las

solicitaciones a que se ven sometidos los diferentes elementos durante el apriete. En el caso de

un tornillo convencional, durante el montaje, la solicitación se halla concentrada en los filetes,

que van penetrando progresivamente (extremo inferior) y quedan sometidos al deslizamiento

debido a la rotación del tornillo. Estas solicitaciones, si se repiten, pueden deteriorar el agujero

roscado, especialmente cuando el material es latón, aluminio o aleación ligera.

En cambio, durante el apriete de un tornillo prisionero, la parte que va unida al alojamiento está

totalmente comprometida y sometida únicamente a tracción, mientras que las solicitaciones

debidas al apriete quedan limitadas a la zona roscada que se halla en contacto con la tuerca

(ambas de acero).

Por este motivo suelen adoptarse dos pasos distintos para ambos roscados; uno estándar para la

tuerca, y otro, generalmente mayor, proporcionado al material de la parte fija.

- Tutorial Nº 31 -

Estudio y Tipología de las Uniones Atornilladas

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- Calidades de acero en los tornillos

2- Partes de un tornillo

2.1- Cabeza

2.2- Rosca

3- Tipos de tornillos

3.1- Tornillos Ordinarios

3.2- Tornillos Calibrados

3.3- Tornillos de Alta Resistencia

4- Estudio de las uniones atornilladas

4.1- Categoría de las uniones atornilladas

4.2- Agujeros para tornillos

4.3- Disposiciones en el montaje

5- Dimensiones geométricas de los tornillos

5.1- Tornillos ordinarios. Dimensiones

5.2- Tornillos calibrados. Dimensiones

5.3- Tornillos de alta resistencia. Dimensiones

 

DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- Introducción

1.1- Generalidades

En todo tornillo se distinguen dos partes básicas: la cabeza y el vástago. A su vez, en el vástago se distinguen otras dos, la parte lisa (denominada también caña o cuello) y el tramo final o parte roscada.

Para la designación de los tornillos se comienza definiendo el tipo de tornillo (T ó M si es tornillo ordinario, TC ó M si se trata de un tornillo calibrado y TR si el tornillo a designar es de alta resistencia), seguido por el diámetro del vástago en la zona de rosca, la longitud total del vástago, y por último una cifra para indicar la calidad del acero.

Por ejemplo: TR 20x90-8.8, se trata de un tornillo de alta resistencia, de 20 mm de diámetro exterior de la rosca, 90 mm de

longitud de vástago y calidad de acero 8.8 (640 N/mm2 de límite elástico y 800 N/mm2 de resistencia última).

 1.2- Calidades de acero en los tornillos

Los tornillos a emplear en las uniones deberán ser preferentemente de alguno de los grados 4.6, 5.6, 6.8, 8.8 ó 10.9.

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No se deben utilizar para uniones que estén sometidas a algún tipo de solicitación o esfuerzo tornillos de grado inferior al 4.6 ni de grado superior al 10.9.

La notación anterior es la empleada según ISO 898. En esta notación, la primera cifra designa la centésima parte de la resistencia a la rotura (fub) en N/mm2 y la segunda, tras el punto decimal, expresada en décimas, es el factor por el cual hay que multiplicar la resistencia a la rotura para obtener el límite elástico (fyb), también en N/mm2. Por ejemplo, un tornillo de calidad 4.8 se correspondería con:

fub= 400 N/mm2 ,es su resistencia a la rotura;fyb= 0.8 * 400= 320 N/mm2 ,se corresponde con su límite

elástico. 

En la siguiente tabla se muestran los valores nominales del límite elástico fyb y de la resistencia última a la tracción fub, para adoptar como valores característicos en los cálculos:Valores nominales del límite elástico fyb y de la resistencia a tracción

última fubde tornillos

Grado del tornillo 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

fyb    N/mm2 240 320 300 400 480 640 900

fub    N/mm2 400 400 500 500 600 800 1000

 

Los tornillos de grados 8.8 y 10.9 se denominan también de alta resistencia.

2- Partes de un tornillo

2.1- Cabeza

La forma de la cabeza del tornillo condiciona la herramienta a emplear en el apriete. A continuación se enumeran los distintos tipos de tornillos más usuales en función de su geometría y el uso para los que habitualmente están destinados:

- Tornillos de cabeza hexagonal: permite aplicar grandes momentos de apriete.

Fig.1a Tornillo de cabeza hexagonal

 

- Tornillos de cabeza hexagonal con valona: permite aplicar un gran apriete, sin necesidad de utilizar arandela entre la cabeza del tornillo y la pieza a unir.

Fig.1b Tornillo de cabeza hexagonal con valona

 

- Tornillos de cabeza hexagonal con pivote: permiten uniones con gran apriete, y además es posible realizar la inmovilización de la unión mediante el empleo de un pasador en el pivote.

Fig.1c Tornillo de cabeza hexagonal con pivote

 

- Tornillos de cabeza hexagonal con extremo en punta: o también llamado tornillo prisionero, debido a que impide el movimiento relativo entre las piezas unidas.

Fig.1d Tornillo de cabeza hexagonal con extremo en punta

 

- Tornillos de cabeza ranurada: este tornillo se emplea cuando no es necesario aplicar un gran apriete, y además permite la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se realiza un avellanado al orificio de entrada.

Fig.1e Tornillo de cabeza ranurada

 

- Tornillos de cabeza con ranura cruciforme: también, como en el caso anterior, se emplean cuando no es necesario la aplicación de un gran par de apriete, e igualmente que el anterior, también permite la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se realiza un avellanado al orificio de entrada.

Fig.1f Tornillo de cabeza con ranura cruciforme

 

- Tornillos de cabeza con prisionero: se usa para el ensamblaje mediante aplique de presión de piezas sobre las que se ha ejecutado un taladro sin rosca previamente. Al apretar la tuerca, el tornillo queda inmovilizado en lo que a rotación se refiere, al quedarse alojado el prisionero en una ranura practicada al efecto. Por otro lado, la cabeza del tornillo se puede ocultar si se le practica un avellanado al agujero.

Fig.1g Tornillo de cabeza con prisionero

 

- Tornillos de cuello cuadrado: se usa para el ensamblaje mediante aplique de presión de piezas sobre las que se ha ejecutado un taladro sin rosca previamente. Al apretar la tuerca, el tornillo queda inmovilizado en lo que a rotación se refiere, al quedarse alojado el cuello cuadrado en un

alojamiento prismático embutido o que ya viene de fundición. Por otro lado, la cabeza del tornillo se puede ocultar si se le practica un avellanado al agujero.

Fig.1h Tornillo de cuello cuadrado

 

- Tornillo de cabeza cuadrada: se usan para casos donde es necesario aplicar un gran momento de apriete, por ejemplo, para la fijación de herramientas de corte.

Fig.1i Tornillo de cabeza cuadrada

 

- Tornillo de cabeza cilíndrica con hexágono interior (Allen): se usan en uniones que se necesiten grandes aprietes y que resulten estrechos, con la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se le practica un avellanado cilíndrico al agujero.

Fig.1j Tornillo de cabeza cilíndrica tipo Allen

 

- Tornillo de cabeza avellanada con hexágono interior (Allen): se usan en uniones que se necesiten grandes aprietes y que resulten estrechos, facilitando el centrado entre las piezas a unir. Existe la posibilidad de ocultar la cabeza del tornillo si se le practica un avellanado cónico al agujero.

Fig.1k Tornillo de cabeza avellanada tipo Allen

 

- Tornillos de cabeza moleteada: se usan en aquellas uniones que no precisen de un gran apriete, con frecuentes procesos de montajes y desmontajes manuales.

Fig.1l Tornillo de cabeza moleteada

 

- Tornillos de mariposa: igual que el caso anterior, se usan en aquellas uniones las cuales no vayan a precisar de un gran par de apriete, y además están sometidos a frecuentes montajes y desmontajes manuales.

Fig.1m Tornillo de mariposa

 

- Tornillos autorroscantes para chapa: o también llamados de rosca cortante, y se usan para la unión de chapas metálicas de pequeño espesor o también de piezas hechas de material blando, como el plástico. En este caso, la rosca hembra la realiza el propio tornillo al penetrar en el taladro liso practicado en la chapa.

Fig.1n Tornillo autorroscante para chapa

 

- Tornillos autorroscantes para madera: o también llamados de rosca cortante o tirafondos, y se usan para la unión de piezas de madera. En este caso, la rosca hembra la realiza el propio tornillo al penetrar en el taladro liso practicado en la pieza.

Fig.1p Tornillo autorroscante para madera

 2.2- Rosca

En función de la forma geométrica que presenta la rosca, se pueden distinguir los siguientes tipos de roscas:

- agudas o de filetes triangular;

- trapezoidal;

- en diente de sierra;

- redondas;

- de filete cuadrado.

 Las roscas del tipo agudas o triangulares quedan definidas por

el valor del diámetro exterior (d), del núcleo (d3) y del de los flancos (d2), así como por el valor del ángulo de los flancos de la rosca (alfa=60º, si se trata de la rosca triangular ISO) y por último por la medida del paso (p)

Fig.2 Rosca Triangular ISO

 El paso de rosca es la distancia que existe entre dos crestas

consecutivas (p, en la figura anterior). Si el tornillo es de rosca sencilla, por cada vuelta completa se corresponde con un avance del tornillo igual al paso. Si es de rosca doble, el avance por cada vuelta será igual a dos veces el paso.

Las roscas están normalizadas, existiendo dos tipos fundamentales:

- la rosca Métrica ISO;

- la rosca Whitworth.

Novedad Legislativa:

Instrucción de Acero Estructural (EAE)

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Accede a la versión completa de la nueva Instrucción de Acero Estructural (EAE)

La diferencia entre ambos tipos de roscas son varias, como son:

- Para las roscas Métricas ISO, los ángulos de los las espiras son de 60°, y los tornillos se redondea en el fondo de la rosca, mientras que las puntas son planas como se aprecia en la figura anterior. Por el contrario, para las roscas tipo Whitworth el ángulo de los flancos es de 55°, y tanto el fondo como las puntas del fileteado en el tornillo van redondeados.

- Otra gran diferencia es que mientras en las roscas Métricas la parte externa aplanada de los filetes está a una altura (o también llamada profundidad del filete) h1=0,64595*p y el radio de giro de su fondo redondeado vale r=0,1082*p, en las Whitworth tanto la punta exterior como la parte interna son redondas, con altura o profundidad del filete de valor h1=0,64033*p y radio de giro r=0,13733*p.

- En las roscas Métricas el paso se indica por el avance en milímetros por cada vuelta, mientras en las Whitworth se da por número de hilos por pulgada.

- Por último, las medidas nominales de la rosca, para el caso de la rosca Métrica, se designa por el diámetro exterior de la rosca en mm. (si se trata de Métrica fina se emplea en la designación, además del diámetro exterior de la rosca, el valor del paso en mm.), mientras que para la rosca Whitworth, la medida nominal de la rosca es el diámetro exterior en pulgadas.

3- Tipos de tornillos

3.1- Tornillos OrdinariosLos tornillos ordinarios se designan por la sigla M, aunque

también pueden aparecer representados por la sigla T, seguidos por el diámetro d de la caña, la longitud l del vástago, y por último van seguidos de un número que especifica la calidad del acero.

Por ejemplo: Tornillo ordinario M 16x90-5.6 (significa que se trata de un tornillo de 16 mm de diámetro de la caña, 90 mm de longitud de vástago y fabricado en acero de calidad 5.6). También puede nombrarse de la forma, T 16x90-5.6.

Los tornillos ordinarios tienen rosca triangular ISO de paso grueso.

Fig.2 Rosca Triangular ISO

 

En los tornillos ordinarios el diámetro del agujero suele ser 1 mm más grande que el del vástago, aunque esta cifra es de referencia, por lo que se remite al lector al apartado "4.2. Agujeros para tornillos" del presente tutorial para obtener mayor información a este respecto.

Para el montaje de uniones con tornillos ordinarios se requiere un menor ajuste entre el diámetro del tornillo y el del taladro (alrededor de 1 mm., como se ha dicho). Los tornillos ordinarios se suelen emplear para transmitir esfuerzos por cortadura y de tracción principalmente, pero no para momentos o pares de fuerzas, dado que la holgura existente ocasionaría que se produjeran movimientos relativos entre las piezas.

 3.2- Tornillos CalibradosPor otro lado, los tornillos calibrados se designan por la

sigla TC, aunque también pueden aparecer representados como en el caso anterior por la sigla M (métrica), seguidos, al igual que los ordinarios por el diámetro d de la caña, la longitud l del

vástago, y por último, seguidos de la numeración que especifica la calidad del acero empleado en la fabricación del tornillo.

Los tornillos ordinarios y calibrados se diferencian básicamente en sus características geométricas. Mientras que en los tornillos ordinarios el diámetro del agujero es más o menos 1 mm más grande que el del vástago, en los tornillos calibrados ambos diámetros están muy ajustados, por lo que se utilizan con preferencia para la formación de nudos rígidos y en uniones de precisión, que transmitan mayores esfuerzos sin que se produzcan desplazamientos relativos entre las piezas.

 3.3- Tornillos de Alta ResistenciaLos tornillos de alta resistencia, o también llamados

pretensados, se designan por la sigla TR, o alternativamente también por la sigla M (métrica), seguidos, al igual que los otros tipos de tornillos, por el diámetro d de la caña y la longitud l del vástago, seguidos del número que especifica la calidad del acero empleado en la fabricación del tornillo. Ejemplo de designación de un tornillo pretensado o de alta resistencia: M 20x55-10.9, o bien, TR 20x55-10.9.

Las uniones donde se han empleado tornillos pretensados trabajan transmitiendo los esfuerzos por descompresión entre las superficies y por rozamiento. Por tanto, en estas uniones implica la existencia de un estado de compresión entre las superficies unidas, que junto al coeficiente de rozamiento entre ellas, hace que se impida que exista cualquier desplazamiento relativo.

A continuación, en la siguiente tabla se exponen los coeficientes de rozamiento obtenidos en función del tratamiento superficial que tengan las chapas. En los dos primeros casos el chorreado o granallado implica que debe obtenerse el grado Sa 21/2 según UNE-EN ISO 8504-1:

Coeficientes de Rozamiento

Clase µ Tipo de Tratamiento

A0,50  A1 - Chorreado o granallado sin picaduras de corrosión

0,50  A2 - Chorreado o granallado y metalizado por 

pulverización con aluminio

0,50 A3 - Chorreado o granallado metalizados por pulverización a base de zinc, con ensayo de deslizamiento

B 0,40 Chorreado o granallado con imprimación de pintura de silicato alcalino de zinc hasta un espesor de 80 µm

C 0,30 Limpieza por cepillado o flameo con eliminación de toda la cascarilla o herrumbre

D 0,20  Superficies no tratadas

 Las uniones ejecutadas con tornillos de alta resistencia, TR,

son uniones que resultan más rígidas, menos deformables y con mejor comportamiento en estado límite de servicio, que las realizadas con tornillos ordinarios o calibrados.

En estas uniones, al transmitirse los esfuerzos por rozamiento entre las superficies, es muy importante aplicar el momento torsor o momento de apriete adecuado para cada tornillo.

El par torsor de apriete aplicado a los tornillos induce en éstos un esfuerzo de pretensado en la espiga del tornillo, que va a depender del diámetro (d) y de un coeficiente (K). Este coeficiente K va a tener en cuenta las características del rozamiento entre los componentes de la parte que gira.

Tablas de Perfiles

Accede a las tablas de perfiles normalizados

.

Estructuras de acero en edificación

Para el caso que se empleen tuerca y tornillo ligeramente engrasados, el par de apriete puede obtenerse aplicando la expresión siguiente:

Mt=K*d*Fp,Cd

donde Fp,Cd es el esfuerzo axial de pretensado en la espiga. Salvo indicación contraria que puedan marcar el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares se considera que el esfuerzo de pretensado que debe obtenerse de la espiga es el 70% de la resistencia a tracción del tornillo (fub) multiplicada por el área resistente (As), es decir, que el esfuerzo axial de pretensado viene dado por la siguiente expresión:

Fp,Cd=0,7*fub*As,

que sustituyendo en la expresión primera, el momento de apriete queda como:

Mt=K*d*0,7*fub*As

siendo, como ya se ha dicho:

K, coeficiente que depende de las condiciones de suministro (K=0,18)

d, es el diámetro nominal del tornillo. 

Aplicando la expresión anterior en un ejemplo, se podría calcular el valor del momento de apriete aplicable a un tornillo TR12 de clase 8.8. Sustituyendo valores se tiene que:

Mt= K*d*0,7*fub*As= 0,18*12*0,7*800*84,3= 101.969 Nmm

4- Estudio de las uniones atornilladas

4.1- Categoría de las uniones atornilladas

Las uniones atornilladas se clasifican, en función de la manera de trabajar de los tornillos, en cinco categorías, denominadas A, B, C, D y E, según se indica en la nueva Instrucción de Acero Estructural (EAE). Tres de ellas corresponden a uniones en las que los tornillos están solicitados en dirección normal a su eje, es decir, a cortante, y son las categorías A, B y C; mientras que las otras dos, categorías D y E, se corresponden a uniones en las

que los tornillos están solicitados en dirección de su eje, esto es, que trabajan a tracción.

A continuación se pasa a estudiar cada una de las categorías anteriores:

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Categoría A: Como ya se ha dicho, son uniones en las que los tornillos, bien sean ordinarios o de alta resistencia, trabajan a cortante, pero en este caso, también pueden trabajar a aplastamiento. Si los tornillos son de alta resistencia, calidades 8.8 ó 10.9, no es preciso que estén pretensados, ni que las superficies en contacto estén preparadas de manera especial.

Cuando la pieza esté sometida a fatiga, a impactos o a esfuerzos alternativos, se recomienda que se empleen tornillos de alta resistencia pretensados, aunque los tornillos pueden seguir calculándose a cortante y aplastamiento.

Categoría B: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, con superficies en contacto preparadas, que se desea que no deslicen. No obstante, en el cálculo de este tipo de uniones se podrá admitir que, en estado límite último, la unión deslice y los tornillos trabajen a cortante y aplastamiento.

Categoría C: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, con superficies en contacto preparadas, que se desea que no deslicen en ningún momento, ni siquiera ya en el estado límite último.

Categoría D: Son uniones realizadas con tornillos ordinarios o de alta resistencia trabajando a tracción. Si se emplean tornillos de alta resistencia, no es preciso que estén pretensados ni que las superficies en contacto estén preparadas. No se recomienda

el uso de uniones de esta categoría cuando hayan de estar sometidas a variaciones frecuentes del esfuerzo de tracción que tienen que transmitir.

Categoría E: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados trabajando a tracción. El pretensado mejora la rigidez de la unión en estado límite de servicio y la resistencia a fatiga, aunque esta última dependerá en gran medida de los detalles constructivos y de las tolerancias del ajuste entre piezas. Sólo es preciso preparar las superficies si la unión está sometida a esfuerzos normales al eje de los tornillos, además de a tracción (Uniones de categorías E+B ó E+C).

Para más información, se remite al lector a consultar el articulado de la Instrucción de Acero Estructural (EAE).

 4.2- Agujeros para tornillos

La ejecución de agujeros para tornillos deberá efectuarse preferentemente mediante taladro. No obstante, se pueden realizar mediante punzonado cuando el agujero sea de un diámetro superior al espesor de la pieza, que dicho espesor no sea superior a 15 mm y siempre que las piezas a unir no estén sometidas a solicitaciones variables en el tiempo o cíclicas, que puedan originar fenómenos de fatiga en la unión.

El diámetro estándar de los agujeros será igual al del vástago del tornillo más:

- 1 mm para tornillos de 12 y 14 mm de diámetro;

- 1 ó 2 mm para tornillos de 16 a 24 mm;

- 2 ó 3 mm para tornillos de 27 mm o mayores.

 

Los agujeros de los tornillos de 12 y 14 mm también podrán tener una holgura de 2 mm siempre y cuando la resistencia del grupo de tornillos a aplastamiento sea inferior a la de cortante.

En uniones atornilladas resistentes por rozamiento pueden emplearse agujeros a sobremedida o agujeros rasgados, cortos o largos, para facilitar el montaje de las piezas.

Para agujeros a sobremedida, el diámetro del taladro será igual al del vástago de los tornillos más:

- 3 mm para tornillos de 12 mm;

- 4 mm para tornillos de 14 a 22 mm;

- 6 mm para tornillos de 24 mm;

- 8 mm para tornillos de 27 mm o mayores.

Cuando se quiera permitir el movimiento relativo entre las piezas a unir, se suele emplear agujeros rasgados. La anchura de los agujeros rasgados cortos o largos en dirección normal al esfuerzo será igual al diámetro de los agujeros estándar correspondientes. En la dirección del esfuerzo, la distancia e mostrada en la figura siguiente, para agujeros rasgados cortos será igual a:

(d + 4) mm para tornillos de 12 ó 14 mm,(d + 6) mm para tornillos de 16 a 22 mm,(d + 8) mm para tornillos de 24 mm,(d + 10) mm para tornillos de 27 mm y mayores.

 

Para agujeros rasgados largos será en todos los casos:

e=2,5*d mm, siendo d el diámetro del vástago del tornillo correspondiente.

Fig.3 Agujeros Rasgados

Para más información, se remite al lector a consultar el articulado de la Instrucción de Acero Estructural (EAE).

 4.3- Disposiciones en el montaje

Como norma general, en los montajes que se realicen los agujeros para tornillos deben disponerse de forma que se dificulte la corrosión de las piezas a unir y se permitan la colocación de los tornillos o bulones de una manera fácil.

En la siguiente tabla y figuras que se exponen se establecen los límites máximos y mínimos para las distancias entre agujeros y los bordes:

Fig.4 Disposiciones Constructivas

siendo,

e1: distancia desde el centro de un agujero a un borde contiguo, medida en dirección del esfuerzo a transmitir;

e2: distancia desde el centro de un agujero a un borde contiguo, medida en dirección perpendicular al esfuerzo a transmitir;

p1: distancia entre centros de agujeros contiguos, medida en dirección del esfuerzo a transmitir;

p2: distancia entre filas contiguas de tornillos o roblones, medida en dirección perpendicular al esfuerzo a transmitir;

m: distancia del eje del taladro a cualquier superficie paralela a dicho eje.

 En el caso de agujeros rasgados, las distancias e1, e2,

p1 y p2 se medirán desde los centros de los semicírculos extremos.

Fig.5 Distancias

 

Fig.6 Agujeros al Tresbolillo

 Para que los tornillos puedan apretarse sin dificultad, se

recomienda que la distancia m del eje del taladro a cualquier superficie paralela a dicho eje no sea inferior a 2*d, siendo d el diámetro del tornillo.

Fig.7 Distancia m

5- Dimensiones geométricas de los tornillos

5.1- Tornillos ordinarios. Dimensiones

Se adjunta tabla con las características geométricas de los tornillos ordinarios:

Fig.8 Tornillos Ordinarios. Dimensiones

 5.2- Tornillos calibrados. Dimensiones

Se adjunta tabla con las características geométricas de los tornillos calibrados:

Fig.9 Tornillos Calibrados. Dimensiones

 5.3- Tornillos de alta resistencia. Dimensiones

Se adjunta tabla con las características geométricas de los tornillos de alta resistencia:

Fig.10 Tornillos de Alta Resistencia. Dimensiones